SU1506536A1 - Транзисторный ключ - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано в ключевых преобразовател х посто нного тока в переменный с регулируемой выходной мощностью методом широтно-импульсной модул ции. Цель изобретени  - повышение КПД. Дл  достижени  цели в устройство введены трансформатор 10 тока, резистор 5 и диод 8. Устройство содержит также генераторы 11, 12 пр моугольных симметричных импульсов напр жени , фазосдвигающий узел 13, трансформаторы 2, 3, силовой 1 и вспомогательный 9 транзисторы, резистор 4, диоды 6, 7. Использование трансформатора 10 тока и способ его подключени  позвол ют осуществить регенеративный характер процесса включени  силового транзистора 1, а также такой режим работы вспомогательного транзистора 9, при котором мощность, рассеиваема  на его коллекторе, равна нулю. 2 ил.

Description

СП

о

9)

сл

00

а

Изобретение относитс  к электротехнике , а конкретно к ключевым преобразовател м посто нного тока в переменный с регулируемой выходной мощностью широтно-импульсной модул ции .

Цель изобретени  - повьппение КПД.

На фиг.1 представлена схема транзисторного ключа; на фиг.2 - времен- ные диаграм1-1Ь) работы.

Устройство содержит силовой транзистор 1, первый и второй трансформаторы 2 и 3, первый и второй резисторы 4 и 5, nepBbtfi,второй и третий диоды 6-8, вспомогательньй транзистор 9, трансформатор 10 тока, первьп и второй генераторы 11 и 12 пр моугольных симметричных импульсов напр жени , фазосдвигающий узел 13.

Коллектор транзистора 1 соединен с шиной 14 питани  и катодом диода 6, анод которого соединен с эмиттером транзистора 9, коллектор которого подключен к базе транзистора 1 и первым выводам резисторов 4 и 5 и диодов 7 и 8, вторые выводы резистора 4 и диода 7 объединены и подключены к первому выводу вторичной обмотки трансформатора 2, вторые выво- ды резистора 5 и диода В объединены и подключены к первому выводу вторичной обмотки трансформатора 3, вторые выводы вторичных обмоток трансформаторов 2 и 3 объединены и под- ключены к общей шине 15, первичные обмотки трансформаторов 2 и 3 подключены к выходам генераторов 1 1 и 12 соответственно. Первична  обмотка трансформатора 10 включена между эмиттером транзистора 1 и общей шиной 15, первьй вывод вторичной обмотки трансформатора 10 соединен с эмиттером транзистора 9, второй вывод - с общей шиной 15, а средн   точка вторичной обмотки - с базой транзистора 9. Фазосдвигающий узел 13 включен между генераторами 11 и 12.

Устройство работает следующим образом.

Генераторы 11 и 12 вырабатывают пр моугольные бипол рные симметричные импульсы, сдвинутые один относительно другого на некоторый фазовый угол, определ емый мощностью,раз виваемой в нагрузке транзистором 1 и задаваемый фазосдвигаюгцим узлом 13 ( фиг. 2а, б). Как следует из -лриве- денных временных диаграмм, силовой

5

с

0

5 0

0 5 0 5

Q

транзистор 1 может быть возбужден токами через резисторы 4 и 5 только в промежутке времени, когда на вторичных обмотках обоих трансформаторов 2 и 3 имеютс  напр жени  положительной пол рности (интервгш t,-tj) относительно об1дс:й точки их соединени . Б интервале времени (,), когда пол рность напр жени  вторичной обмотки трансформатора 2 отрицательна, а напр жение вторичной обмотки трансформатора 3 имеет положительную пол рност) относительно общей точки, к базе транзистора 1 прикладываетс  напр жение отрицательного смещени  через диод 7, равное напр жению на вторичной обмотке трансформатора 2, за вычетом падени  напр жени  на диоде 7. Последний находитс  в провод щем ссстолнии током череп резистор 5. Ана.11огич)1ьгм образом , в интервгше времени, когда напр жение на втиричной обмотке трансформатора 3 имеет отрицательную, а ла вторичной обмотке трансформатора 2 положительную пол рность ()) - отпираетс  диод 8 током через резистор 4, а напр жение на вторичной об- котке трансформатора 3 прикладываетс  к базе транзистора 1 в виде отрицательного смещени . В интервале времени, когда напр жение на вторичных обмотках обоих трансформаторов 2 и 3 имеет отрицательную пол рность (tj-t), к база-эмиттерному переходу транзистора 1 прикладываетс  отрицательное напр жение через диоды 7 и 8, по которым протекает обратньш ток база-эмиттерного перехода транзистора 1, причем распределение этого тока по диодам 7 и 8 в зависимости от разбросов параметров самих диодов и напр жений вторичных обмоток трансформаторов 2 и 3 не имеет значени . Таким образом, силовой транзистор 1 может находитьс  в открытом состо нии только в промежутке времени . Средний ток через транзистор 1, следовательно, и средн   мощность, развиваема  в нагрузке , подключенной последовательно с транзистором 1, определ ютс  ука- за ньм интервалом времени. В частности , при нагрузке в виде омичес кого сопротивлени  мощность Р, pat сеиваема  в ней, определ етс  иитер-- валом открытого состо ни  транзистор ного ключа следующим обра- ом:

P. I

JL Т

где амплитуда импульса тока через транзисто Т - период переключени  ключа; К - величина сопрогпвлеии 

нагрузки;

At врем  открытого состо ни  транзистора 1 .

Измен   при посто нном Т, можно измен ть Р . Регулиро1 лние Р. методом широтно-импульсной модул щти в этом и заключаетс . 1 5менение интернала лС осуществл етс  узлом 13.

В промежутке времени (,), когда напр жени  на вторичных обмотках трансформаторов 2, 3 положительны относительно выводов,соеди- ненных между собой, в базу транзистора 1 поступает ток, раиньп сумме токов через резисторы 4 и 5. Ответвление указанного тока через коллекторный переход транзистора 9, смещенного в пр мом направлении, не происходит, так как и(дуктивное сопротивление вторичной обмотки трансформатора 10, вход щей в цепь базы транзистора 9, намного больше индуктивного сопротивлени  первичной обмотки трансформатора О тока, вход щего в цепь чмиттера .тора 1 .

Ток базы транзистора 1 ныбираегс  из расчета обеспече 1и  такого минимального значени  тока коллектора, при котором происходит регенеративное отпирание силового транзистора 1, Регенератинньи характер отпирани  силового транзистора 1 обусловлен положительной обратной св зью через трансформатор 10 тока. В течение времени, когда через силовой транзистор 1 протекает ток, на вторичной обмотке трансформатора 10 тока устанавливаетс  определенное значение напр жени , задаваемое база-эмиттер- ным переходом транзистора 9. Напр жение между средней точкой и вторым выводом вторичной обмотки трансформатора 10 тока выбрано равным мак- симады ому значению напр жени  пр мого смещеш1Я база-эмиттерного перехода силового транзистора 1 , с тем чтобы напр жение между коллектором и базой транзистора 9 в открытом состо нии поддерживалось приблизительно равньм нулю. С целью уменьшени  кoм(yтaциoнныx потерь в сило

вом транзисторе путем пош.пиенн  счо быстродействи  послседннй охнлчон не.гп1нейной отрипател,ной обрлтчом св зью. Указанна  отрицательна  of ратна  св зь действует в течение времени, когда силовой транзистс)р 1 откр,1т, и осуществ-ч етс  с помопп-и) вспомогательного транзистора 9 и диода 7. Последний поддерживаетс  в открытом состо нии некоторым из()ыт- ком тока вторичной обмотки трансформатора 10 тока по отношению к необходимому значению тока базы силового транзистора 1, задаваемому соответствующим выбором коэффициента трансформации трансформатора 10 тока , а именно должно ,выполн тьс  условие

.„,..1)

l+v

+ J

0

0

5

0

5

где п - отношение полного числа витков вторичной обмотки к числу витков первичной обмотки трансформатора 10 тока-, /: - минимальны коэффициент усилени  по току силового транзистора 1 в схеме с общим эмиттером;

минимальный коэффициент усилени  по току вспомогательного транзистора 9 в схеме с общей базой;

} - отношение количества витков нижней части к количеству витков верхней части вторичной обмотки трансформатора 10 тока, равное отношению напр жени  на базе силового транзистора 1 при его открытом состо нии к напр жению пр мого смещени  база-эмиттерного перехода вспомогательного транзистора 9. В течение времени, когда пол рность напр жени  на вторичных обмотках трансформаторов 2 и 3 или на из них, имеет отрицательное значение, . через соответствующий диод 7 или 8 это напр жение прикладьшаетс  к база-эмиттерному переходу силового транзистора 1, запира  его.

Напр жени  на вторичных обмотках трансформаторов 2 и 3 выбраны близкими к максимально допустимому знзче нию направлени  обратного смещени  база-эмиттерного перехода силового

транзистора 1 с целью надежного запирани  последнего.

Использование трансформатора 10 тока и способ его подключени  позвол ют осуществить регенеративный характер процесса включени  силового транзистора 1, а также такой режим вспомогательного транзистора 9 (и g 0, где - напр жение между коллектором и базой транзистора 9), при котором мощность, рассеиваема  на его коллекторе, равна нулю . Указанные обсто тельства привод к уменьшению на пор док мощности управлени  транзисторным ключом по сравнению с известным устройством при равных значени х коммутируемого тока в цепи силового транзистора. Уменьшение мощности управлени  и мощности потерь в цеп х управлени  транзисторным ключом приводит к повышению КПД и облегчению конструкции транзисторного ключа.

Claims (1)

1. Формула изобретени

   Транзисторный ключ, содержащий силовой и вспомогательный транзисторы , первый и второй диоды, два трансформатора, первый резистор, два генератора пр моугольных симметричных импульсов напр жени , фазо- сдвигающий узел, который включен

   5

   0

   5

   0

   между генераторами пр моугольн11гх симметричных импульсов напр жени , к выходам которых подключены первичные обмотки трансформаторов соответственно , коллектор силового транзистора соединен с шиной питани  и катодом первого диода, база - с первыми выводами первого резистора и второго диода, вторые выводы которых подключены к первому выводу вторичной обмотки первого трансформатора, отличающийс  тем, что, с целью повьшени  К11Д, введены трансформатор тока, второй резистор и третий диод, первые выводы которых подключены к базе силового транзистора , вторые выводы - к первому выводу вторичной обмотки второго трансформатора , вторые выводы вторичных обмоток первого и второго трансформаторов объединены и подключены к общей шине, первична  обмотка трансформатора тока включена между эмиттером силового транзистора и общей шиной, эмиттер вспомогательного транзистора соединен с анодом первого диода и первым выводом вторичной обмотки трансформатора тока, второй вывод которой подключен к общей шине, а средн   точка - к базе вспомогательного транзистора, коллектор которого подключен к базе силового транзистора .

   t, tj 5

   Составитель Г.Терешина Редактор С.Патрушева Техред М.МоргенталКорректор Т.Малец

   Заказ 5446/55

   Тираж 884

   ВНИИПИ Государственного комитета по изобретени м и открыти м при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д. 4/5

   Подписное